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        煤粉鍋爐SCR脫硝改造后的運行分析與效果

        2022-10-19 06:59:40張文博
        氮肥與合成氣 2022年10期
        關鍵詞:氫銨長青預熱器

        張文博,梁 錦

        (陜西長青能源化工有限公司, 陜西寶雞 721405)

        隨著國家及地方對煤粉鍋爐排放要求的不斷提高,脫硝裝置高效、長周期、穩(wěn)定運行尤為關鍵。陜西長青能源化工有限公司3臺180 t/h煤粉鍋爐在2016年加裝了選擇性催化還原(SCR)脫硝裝置,以降低氮氧化物(NOx)排放量。筆者主要針對加裝SCR脫硝裝置后煤粉鍋爐在運行過程中遇到的問題,分析原因并提出解決方法。

        1 工藝概況

        陜西長青能源化工有限公司SCR工藝采用純氨(NH3)作為還原劑,NH3可以將NOx還原成氮氣(N2),按反應方程式選擇性地和NOx反應。鍋爐煙氣溫度在305~450 ℃時催化劑才能有效反應,在n(NH3)∶n(NOx)為1的條件下,脫硝效率可以達到80%~90%。在反應過程中,NH3選擇性地和NOx反應生成N2和水(H2O),而不是被氧化。在催化劑作用下,一小部分二氧化硫(SO2)被氧化為三氧化硫(SO3),在有水的條件下,SCR中未參與反應的NH3會與SO3生成硫酸氫銨和硫酸銨等副產(chǎn)品[1-2]。

        2 加裝SCR脫硝裝置對鍋爐的影響

        2.1 空氣預熱器堵灰腐蝕

        鍋爐尾部煙道加裝脫硝催化劑后,鍋爐尾部煙道阻力增加,催化劑之間通道小,鍋爐運行期間容易造成催化劑積灰,影響脫硝效率,導致氨逃逸體積分數(shù)增加。當催化劑使用到壽命末期,脫硝效率降低,為了維持NOx排放量不超標,需要增加NH3消耗,導致氨逃逸體積分數(shù)增大。

        鍋爐煙氣氨逃逸體積分數(shù)增大后,含NH3煙氣進入中溫空氣預熱器和低溫空氣預熱器,對空氣預熱器造成腐蝕,使空氣預熱器管路堵灰,影響空氣預熱器換熱,導致鍋爐效率降低[3-4]。

        2013年7月浙江大學熱能工程研究所對陜西長青能源化工有限公司動力裝置SCR脫硝反應器進行數(shù)值模擬,結果見圖1~圖4。

        2018年5月陜西長青能源化工有限公司委托西安熱工研究院專門對A、B 2臺鍋爐脫硝系統(tǒng)進行性能考核試驗,試驗使用的樣氣標態(tài)體積為18 L、定容體積為0.25 L,試驗結果見表1。由表1可以看出,各個測點斷面煙氣流場存在不均勻的情況。

        進入SCR脫硝反應器的煙氣流場不均勻造成局部噴氨量過大,引起氨逃逸體積分數(shù)偏高。在脫硝反應的同時,催化劑也將部分SO2氧化成SO3,逃逸的NH3與SO3反應生成硫酸氫銨和硫酸銨。硫酸氫銨具有黏性,造成催化劑中毒、空氣預熱器腐蝕,同時硫酸氫銨黏度大,易吸附煙塵造成空氣預熱器堵灰。空氣預熱器堵灰會使空氣預熱器換熱效率下降,空氣預熱器前后壓差增大,造成排煙熱損失增大,一、二次風溫度偏低,煙道阻力增大。因此,每次停爐后都需要清理空氣預熱器。

        表1 鍋爐脫硝系統(tǒng)性能考核試驗結果

        2.2 鍋爐效率下降

        加裝SCR脫硝反應器使煙道煙氣流程增長,換熱面積增加,造成了空氣預熱器前排煙溫度下降,熱損失增加。SCR脫硝裝置的增加使鍋爐風煙系統(tǒng)阻力增大,包括煙道流程增長、反應器阻力和空氣預熱器阻力增大,最終造成了引風機出力增大,電耗增加??諝忸A熱器堵塞腐蝕,造成了空氣預熱器換熱效果差,排煙溫度上升,一、二次風溫偏低,熱效率下降,排煙溫度偏高影響布袋除塵器穩(wěn)定運行。

        3 鍋爐運行控制措施

        (1) 控制SCR脫硝反應器前后壓差大于500 Pa,及時對系統(tǒng)進行吹灰,尤其是在鍋爐高負荷工況下,應增加吹灰頻次。

        (2) 控制SCR脫硝反應器出口氨逃逸體積分數(shù),防止噴氨量過大,控制副反應和氨腐蝕。由于NOx排放標準的愈加嚴格,造成了加氨量增大,目前氨逃逸體積分數(shù)為6×10-6,高于設計值(3×10-6)。

        (3) 使用灰分、硫含量低的煤,并適當提高排煙溫度,減少硫酸氫銨的生成量。當n(NH3)∶n(NOx)小于2,主要生成硫酸銨,在空氣預熱器運行溫度范圍內,硫酸銨為干燥固體小粉末,對空氣預熱器的影響較小。

        (4) 投運風機暖風器,以提高一、二次風溫度,保證磨煤機干燥出力和爐內穩(wěn)定燃燒。

        (5) 適當均等調整燃盡風二次風量,降低NOx的生成量。

        (6) 及時更換催化劑,提高脫硝效率,降低氨逃逸體積分數(shù),減少NH3浪費,控制副反應和NH3腐蝕。

        4 結語

        隨著環(huán)保要求的提高,國內火電機組紛紛進行了SCR脫硝改造,運行中也都出現(xiàn)了共性問題,運行還不夠成熟。脫硝裝置運行異常,往往影響鍋爐安全、經(jīng)濟運行,這就需要在實際生產(chǎn)中分析和總結不利影響,采取相應的運行防范措施,以保證鍋爐環(huán)保、經(jīng)濟、安全、穩(wěn)定運行。

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